Sposób numerycznego sterowania narzedzia oraz urzadzenie do numerycznego sterowania narzedzia Przedmiotem wynalazku jest sposób numerycz¬ nego sterowania narzedzia,, poruszanego równoczes¬ nie w kierunku przynajmniej dwóch wspólrzednych dzieki temu, ze jego ruch jest wynikiem sumowa¬ nia sie przyrostów ruchu, które uzyskane z pewnej czestotliwosci podstawowej, sa odniesione do kie¬ runków wzdluz wspólrzednych tak, ze uzyskuje sie zadany kierunek ruchu, przy czym narzedzie poru¬ sza sie w zadanym kierunku z uprzednio okreslona predkoscia, oraz urzadzenie do numerycznego sterowania narzedzia.Przy sterowaniu ruchu narzedzia w powyzszy sposób zdarza sie, gdy kierunek ruchu nie jest zgod¬ ny z kierunkiem osi i gdy nie zastosuje sie specjal¬ nych srodków, ze narzedzie ma w kierunku swego ruchu wzgledem obrabianego przedmiotu predkosc, która jest mniejsza niz okreslona uprzednio .pred¬ kosc, odpowiadajaca czestotliwosci iprzyrostów. Za¬ lózmy, ze ruchy równolegle do osi sa bokami rów- nolegloboku. Wiadomo, ze przekatna równoleglo- boku jest zawsze mniejsza niz .suma jego boków.Jesli zatem kierunek ruchu narzedzia tworzy z trze¬ ma osiami' ukladu wspólrzednych prostokatnych katy 45°, predkosc narzedzia wynosi tylko .1/3 pred¬ kosci odpowiadajacej czestotliwosci przyrostów, czyli jest o 42% za mala.Oczywiscie takie odchylenia od predkosci opty¬ malnej narzedzia sa niedopuszczalne i proponowa¬ no wiele róznych sposobów i urzadzen do auto- 10 15 matycznej korekcji predkosci narzedzia aby unie¬ zaleznic ja bardziej od kierunku ruchu.Znane sa uklady, w których zastosowano uklad sterowania numerycznego aby osiagnac zmniejsze¬ nie odchylenia predkosci narzedzia od wartosci za¬ programowanej.Celem wynalazku jest stworzenie prostego i do¬ kladnego sterowania predkosci ruchu narzedzia w funkcji chwilowego kierunku jego ruchu, podczas ruchu narzedzia po dowolnej krzywej.Cel ten osiagnieto wedlug wynalazku przez to, ze dla kolejnych i równych przyrostów ruchu okre¬ sla sie rozklad przyrostów na poszczególne osie wspólrzednych, a ponadto przeprowadza sie korek¬ cje czestotliwosci przyrostów, która jest funkcja kazdego tak okreslonego rozkladu, a zatem równiez funkcja kierunku ruchu, na skutek czego, gdy na¬ rzedzie porusza sie w kierunku odbiegajacym od kierunku wspólrzednej, nadaje mu sie predkosc w przyblizeniu równa uprzednio okreslonej pred¬ kosci.Wynalazek jest dokladniej opisany na podstawie rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przyklad urzadzenia do stosowania sposobu wedlug wyna¬ lazku w postaci schematu blokowego, fig. 2 (przed¬ stawia schemat blokowy czlonu liczacego z fig. 1, fig. 3 przedstawia wykres czasowy przebiegów im¬ pulsowych pokazujacych polozenie wzgledne sygna¬ lów impulsowych, pojawiajacych sie w pewnych punktach ukladu z fig. 2, fig. 4 przedstawia czesc72069 3 powierzchni 'kuli ze srodkiem w srodku ukladu wspólrzednych, która symbolizuje usytuowanie wektora predkosci, skierowanego ze srodka we wszystkich kierunkach, przy czym na tej .podsta¬ wie mozna okreslic dokladnosc sposobu wedlug wy¬ nalazku, fig. 5 przedstawia schemat blokowy dru¬ giego przykladu urzadzenia do .stosowania sposobu wedlug wynalazku a lig. 6 przedstawia schemat blokowy ukladu liczacego z fig. 5.Z nie przedstawionego na rysunku generatora im¬ pulsów w Unie 1 podawany jest sygnal impulsowy o czestotliwosci fv, która odpowiada okreslonej predkosci narzedzia w ruchu wzdluz osi.Sygnal impulsowy jest nastepnie przekazywany poprzez bramke LUB 2, której dzialanie zostanie opisane pózniej, na generator funkcji 3. Generator (ten jest skonstruowany w znany sposób tak, ze roz¬ dziela impulsy na sygnaly impulsowe zgodnie z za¬ programowana krzywa na odpowiednie osie, przy czym na wyjsciach generatora funkcji 3, po jednym wyjsciu na kazda os, pojawiaja sie sygnaly impulso¬ we o czestotliwosciach fx, fy i fz, przeznaczone do sterowania ruchu narzedzia w odpowiednim kierun¬ ku osiowym. Krzywa moze byc przykladowo zapisa¬ na na tasmie perforowanej, umozliwiajacej sterowa¬ nie generatora funkcja, którego wyjscia isa polaczone z nie przedstawionymi na rysunku czlonami, aby do¬ konac ruchu narzedzia w odpowiednim kierunku osiowym w funkcji liczby impulsów w wymienio¬ nych sygnalach impulsowych.Jesli przez nx, ny i n2 oznaczyc liczbe impulsów przyrostu, .potrzebnych dla danej osi by spowodo¬ wac ruch narzedzia o pewien odcinek wzdluz krzy¬ wej, a przez nA oznaczyc sume tych impulsów przy¬ rostu otrzymuje sie równanie: nA = nx+ny+nz Symbolem nv oznaczono zmyslona liczbe przyro¬ stów wzdluz jakiegos odcinka, który ma te sama dlugosc co przyrosty wzdluz osi wspólrzednych.Zatem nv = j/nx*-fny*-|-nz2 przy czym nv wyraza wynikowy ruch (wektorowo).Poniewaz przy .porównaniu przekatnej i boków równolegloboku nv jest mniejsze niz nA, aby otrzy¬ mac równosc przy pewnej wartosci, do nv trzeba dodac pewna liczbe impulsów korekcyjnych nk, a wówczas nA=nv+nk. Liczba impulsów korek¬ cyjnych dla pewnej liczby impulsów przyrostu jest równa: nk = nx+ny+nz- |/nV+n7Tn7 [Nalezy zauwazyc, ze nk zalezy od rozkladu im¬ pulsów przyrostu na poszczególne osie. Poniewaz nv jfcst mniejsze niz nA, nk mozna otrzymac z nA przez odjecie pewnej liczby impulsów, zmniejsza¬ jacej sie zaleznie od kierunku ruchu. Dzielac po¬ wyzsze równania przez czas t otrzymuje sie rów¬ nanie odnoszace sie do liczby impulsów na jed¬ nostke czasu, to jest do czestotliwosci. Otrzymuje sie odpowiednio fk = fx+fy+fr-|/VTf7»~ f* = fx+f "l-fz- }/'V+V+W gdzie fk jest czestotliwoscia zmniejszajaca sie wraz z zaprogramowanym kierunkiem ruchu narzedzia, otrzymywana przez analize pewnej liczby impul¬ sów przyrostu na osie wspólrzednych. 5 Przez dodanie do sygnalu impulsowego o czesto¬ tliwosci fv, odpowiadajacej w kierunku równoleg¬ lym do osi okreslonej predkosci narzedzia, sygnalu impulsowego o czestotliwosci fk, otrzymuje sie we¬ dlug wynalazku skorygowany sygnal impulsowy, io którego czestotliwosc £A = fv+fk w kierunku ruchu odpowiada okreslonej predkosci narzedzia.Jesli impulsy korygujacego sygnalu impulsowego sa w generatorze funkcji 3 rozkladane na odpo¬ wiednie osie wspólrzednych zgodnie z programem, 15 narzedzie ma okreslona predkosc niezaleznie od chwilowego kierunku ruchu.W ukladzie z fig. 1 z wyjsciami generatora funk¬ cji polaczony jest element liczacy, nazywany w dal¬ szej czesci opisu sumatorem wektorowym 4. Jest 20 on skonstruowany tak, ze dla okreslonej licziby im¬ pulsów, czyli dla odcinka o pewnej dlugosci, obli¬ cza fk na podstawie fx, fy i fz wedlug wyzej poda¬ nego równania. Sumator wektorowy 4 jest swymi wejsciami polaczony z wyjsciami generatora funk- 25 eji 3 a jego wyjscie poprzez bramke LUB 2 jest polaczone z wejsciem generatora funkcji. Bramka LUB ma za zadanie przeprowadzenie dodawania fA=fc+fk.Istotnym jest, by liczba impulsów przyrostu, któ- 30 rych rozklad ma osie wspólrzednych ma byc ana¬ lizowany, byla odpowiednio wybrana. Mala liczba impulsów daje malo dokladna ocene kierunku ru¬ chu. Z drugiej strony duza liczba wprowadza nie¬ bezpieczenstwo bledu spowodowanego opóznieniem 35 korekcji, a ponadto potrzebne jest znaczne zuzycie materialu.W urzadzeniu do stosowania sposobu wedlug wy¬ nalazku korzystnym okazalo sie wybrac do analizy rozkladu szesc impulsów. Jesli pominac permutacje *o pomiedzy osiami wspólrzednych jest oczywiste, ze szesc impulsów mozna rozlozyc na siedem róznych sposobów.Rozklady podano w tablicy, gdzie rów¬ niez podano wartosc nk obliczona, zaokraglona i po 45 zmianie skali przez przemnozenie przez cztery.Zmiany skali dokonuje sie aby umozliwic wziecie pod uwage ulamkowych nk, gdyz nie ma przeciez ulamkowych impulsów. Uzyskuje sie dzieki temu lepsze przyblizenie. 50 Analiza i wytwarzanie impulsów korekcyjnych odbywa sie jak juz wspomniano w sumatorze wek¬ torowym 4, którego uklad jest podany na fig. 2.Sumator 4 ma trzy liczniki 5, 6 i 7. Licznik 5 jest przeznaczony do liczenia szesciu analizowanych 55 impulsów a za pomoca liczników 6 i 7 okreslany jest rozklad impulsów na osiach y i z. Poniewaz znana jest calkowita liczba impulsów, znana jest równiez liczba impulsów osi x. Wejscie licznika 5 jest polaczone poprzez bramke LUB 8 z wyjsciami 60 x, y i z generatora funkcji 3. Licznik 6 jest pola¬ czony z wejsciem z wyjsciem y generatora funkcji a licznik 7 z wyjsciem z.Aby umozliwic odczyt rozkladu impulsów z pozy¬ cji liczników 6 i 7 po zakonczeniu analizowanych 05 szesciu impulsów, wymienione liczniki sa polaczone5 72069 6 Nr I II III IV v VI VII Rozklad 6—0—0 5—1—0 4—2—0 4—1—1 3^3—0 3—2—1 2—2—2 nk obliczone 0,00 0,90 1,53 1,76 1,76 2,26 2,54 nk (zaokraglone 0,00 1,00 1,50 1,75 1,75 1,25 2,50 nk skali 0 4 6 7 7 9 10 ze zbudowanym na obwodach logicznych dekode¬ rem 9, który ma cztery wyjscia binarne blf b2, b4 i bB. Dekoder 9 jest skonstruowany tak, by na pod¬ stawie pozycji liczników 6 i 7 obliczac, który z po¬ danych w tablicy rozkladów ma miejsce i wytwa¬ rzac na wejsciach w postaci binarnej wartosc nk, 5 odpowiadajaca temu rozkladowi.Ldcznik 5, który zgodnie z tym, co .podano po¬ wyzej, liczy do szesciu i po osiagnieciu tej liczby wytwarza impuls, polaczony jest z zespolem steru¬ jacym 10, który jest tak skonstruowany, ze gdy po- *o jawia sie wyzej wymieniony impuls, steruje on po¬ przez rejestr akumulatora 11 i sumator 12 ciaglym wytwarzaniem wartosci nk. Gdy licznik 5 odliczy do szesciu zachodzi co nastepuje: Zespól sterujacy daje rozkaz dodania nk z de- 15 koderu 9 za pomoca sumatora 12 ,do poprzedniej za¬ wartosci rejestru akumulatora 11. Jesli zawartosc rejestru akumulatora jest wieksza niz 3, to jest gdy wynosi przynajmniej 4 od zawartosci rejestru odej¬ mowana jest liczba 4 a równoczesnie zespól steru- 20 jacy podaje impuls korekcji. Jesli ponowna analiza zawartosci rejestru akumulatora wykaze, ze jest ona wieksza niz 3, nastepuje ponowne odjecie licz¬ by 4 i podanie jednego wiecej impulsu korekcji.Proces ten jest przedstawiony w uproszczeniu na 25 fig. 3, gdzie pokazano równiez, ze impuls korekcji nk jest zsynchronizowany z interwalem pomiedzy impulsami o czestotliwostai fv po pierwszym, trzecim i piatym impulsie.Nalezy zwrócic uwage ma to, ze od zawartosci rejestru akumulatora 11 dla kazdego impulsu ko¬ rekcji odejmowana jest liczba 4, która jest wspól¬ czynnikiem zwiekszenia skali, przez który wyliczo¬ na wartosc nk zostala przemnozona aby otrzyimac liczbe calkowita.Nalezy ponadto zaznaczyc, ze ulamki nk sa brane pod uwage dokladnie dzieki temu, ze odejmowanie liczby 4 od zawartosci rejestru akumulatora jest mozliwe tylko wtedy gdy zawartosc ta jest wiek¬ sza niz 3.Dokladnosc korekcji predkosci narzedzia sposo¬ bem wedlug wynalazku mozna obliczyc w procen¬ tach poprawnej predkosci przez obliczenie wielkosci wektorów predkosci w róznych kierunkach. Calko¬ wicie wystarcza rozwazyc powierzchnie stanowiaca 1/48 powierzchni kuli z fig. 4, gdyz powierzchnie kuli mozna podzielic na 48 jednakowych czesci.Kierunki reprezentowane sa punktami 1—15. Dla punktów tych wspólrzedne podane sa w tablicy ponizej. Tablica ta podaje równiez dokladnosc w procentach. Symbol + przed wartoscia dokladnosci oznacza, ze obliczenie wedlug wynalazku daje wek¬ tor predkosci, który jest zbyt dlugi a minus ozna¬ cza, ze wektor predkosci jest zbyt krótki.Punkt 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1(2 13 14 15 Przyblizana wartosc wspólrzednej x y z 100 0 0 96 20 20 86 36 36 72 49 49 58 58 58 64 64 42 68 68 29 70 70 14 71 71 0 83 56 0 92 39 0 98 20 0 91 37 16 84 52 14 79 51 33 Odchylka wektora 0 <:1 +2,8 + 3,0 +11,1 +3,3 +2,2 +2,2 1 + 1,8 <1 -4,6 +2,0 +3,8 -1,572069 8 Wioac, ze sklad jest mniejszy niz 4% co jest do przyjecia dla ukladów trójwymiarowych.Podstawowa mysla wynalazku, jak wynika z za¬ strzezen patentowych, jest to, ze dla przerostów ruchu o równej wielkosci i nastepujacych kolejno po sobie okresla sie ich rozklad na poszczególne osie wspólrzednych, przy czym przeprowadza sie ikore/kcje czestotliwosci przyrostowej, która jest funkcja kazdego okreslonego rozkladu. Mozna to osiagnac przez okreslenie wspólczynnika korekcji, który po przemnozeniu przez czestotliwosc podsta¬ wowa fv daje skorygowana czestotliwosc przyro¬ stowa fA = a. fv gdzie a jest wymienionym wspól¬ czynnikiem korekcji.Uwzgledniajac podane powyzej zaleznosci pomie¬ dzy fv, fA a fx, fy i fz otrzymuje sie ¦tr+fy +fr 10 niz opisany poprzednio a dekoder 9 jest polaczony bezposrednio z rejestrem 16, który jest skonstruo¬ wany tak, ze w funkcji analizowanego przez licz¬ niki 8 i 7 oraz dekoder 9, gdy licznik 5 odliczy szesc impulsów oraz na rozklad zespolu steruja¬ cego, wytwarza on sygnaly 32, 27, 24, 23, 20 i 18.Sygnaly te sa zgodne z mianownikiem zaokraglo¬ nych wartosci wspólczynnika korekcji a. Sterujac tymi sygnalami dlugosc odliczania licznika o zmien¬ nej dlugosci odliczania, jesli licznik otrzymuje cze¬ stotliwosc 32 fv, mozna wytworzyc skorygowana czestotliwosc przyrostowa fA. Jesli na przyklad licznik jest ustawiony przez sygnal 24 tak by wy¬ twarzal jeden impuls na kazde 24 impulsy otrzy- 15 mane, oznacza to, ze fA = 32 • ,fv « 24 = 1,34 • fv ]/fx8+ fV+I2z W tablicy ponizszej podano wartosci wspólczyn¬ nika a obliczone dla wczesniej podanych rozkla¬ dów I—VII. W tablicy podano ponadto wartosci wspólczynnika a po zmianie skali i po zaokragle¬ niu.Wspólczynnik zmiany skali 1/32'orar. powód obli¬ czania wartosci wspólczynnika a w zmienionej ska¬ li zostana objasnione na podstawie fig. o.Uklad, który pracuje sposobem wedlug wynalaz¬ ku i za pomoca którego mozna otrzymac skorygo¬ wana czestotliwosc przyrostowa w opir.any wyzej 20 25 w rzeczywistosci jest skorygowana czestotliwoscia przyrostowa dla rozkladu III.Obliczenia dla pozostalych rozkladów sa wyko¬ nywane analogicznie. Gdy sumator wektorowy 13 z fig. 5 jest wykonany jak na fig. 6, uklad mnoza¬ cy zawiera licznik o zmiennej dlugosci odliczenia, sterowany w sposób podany wyzej.Wybór 1/32 na wspólczynnik skali jest spowo¬ dowany tym, ze jako uklad mnozacy zastosowano licznik o zmiennej dlugosci liczenia, na skutek czego pozadane jest by wspólczynnik korekcja a mial po¬ stac l/n, gdzie n jest liczba calkowita. 32 jest pierwsza liczba szeregu 1, 2, 4, 8, 16, 32 , która daje dobre przyblizenie.Rozklad Nr I II III IV V VI VII Wspólczynnik korekcji a Wartosc wyliczona 1,00 1,18 ,1,34 1,41 1,41 1,60 1,73 Po zmianie skali 1/32 1/72,2 1/23,8 1/22,6 1/22,6 1/20 1/18,4 w zaokragleniu 1/32 1/27 1/24 1/23 1/23 1/20 1/18 sposób, jest przedstawiony na fig. 5. Uklad ten za¬ wiera generator funkcji 3 i sumator wektorowy 13 polaczony z wyjsciami generatora 3. Zadaniem ge¬ neratora funkcji, podobnie jak poprzednio, jest do¬ konywanie zgodnie z ustalonym programem rozkla¬ du impulsów przyrostu na poszczególne osie wspól¬ rzednych a sumator wektorowy 13 jest skonstruo¬ wany tak, by analizowac ten rozklad i wytwarzac wspólczynnik korekcji a. Wyjscie sumatora wekto¬ rowego 13 jest polaczone z ukladem mnozenia 14, który jest tak skonstruowany, aby wytwarzal iloczyny fv i a czyli przeprowadzal dzialanie fA = - fv. a.Tak skorygowana czestotliwosc przyrostowa jest podawana na generator funkcji 3 tak jak w ukla¬ dzie z fig. 1.Przyklad wykonania sumatora wektorowego 13 jest pokazany na fig. 6. Jest on podobny do suma¬ tora wektorowego z fig. 2. Ma licznik 5, 6 i 7, ¦bramke LUB 8 i dekoder 9, które wspólpracuja ze soba w opisany juz sposób. Licznik 5 jest .polaczony jednak z zespolem sterujacym nieco innego typu 35 40 45 50 PL PL PL PL PL PL PL PL